thermodynamique des moteurs quoi de...

1

THERMODYNAMIQ

UE

THERMODYNAMIQ

UE

DES MOTEURS

DES MOTEURS

QUOI DE NOUVEAU?

QUOI DE NOUVEAU?

M. F

EID

T

U.H

.P. N

AN

CY

Con

fére

nce

CN

AM

/SIA

07 M

ars

2006

2

PLAN DE LA CONFERENCE

PLAN DE LA CONFERENCE

IIn

trod

uction

IIR

appe

ls s

ur le

s ou

tils

ther

mod

ynam

ique

sII

IPro

blèm

es A

ctue

lsIV

O

utils

en d

ével

oppe

men

tV

Que

lque

s A

pplica

tion

sV

I C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

3

I. Introduction

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

men

tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

s

INTRODUCTIO

NINTRODUCTIO

N

4

I. Introduction

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

men

tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

s

BREF HISTORIQ

UE DE LA RELATIO

N ENTRE

BREF HISTORIQ

UE DE LA RELATIO

N ENTRE

MOTEURS THERMIQ

UES ET THERMODYNAMIQ

UE

MOTEURS THERMIQ

UES ET THERMODYNAMIQ

UE

18esi

ècle

Machines à vapeur

1860

Moteur de LENOIR

1876

Moteur de OTTO (4 Tem

ps, A

llum

age commandé)

1892

Moteur de DIESE

L (4 Tem

ps, A

utoa

llum

age)

1880

-90 Moteur à 2 Tem

ps

1957

Moteur WANKEL

1824

Énoncé de CARNOT

1834

Énoncé de KELVIN

1850

Énoncé de CLAUSIUS

1957

Nice radical:

CHAMBADAL

NOVIKOV

1975

CURZON

AHLBORN

5

I. Introduction

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

men

tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV

. Con

clus

ions

-Per

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tive

s

IMPORTANCE DE LA TECHNOLOGIE DES MOTEURS


Exe

mpl

eE

ssen

ceD

iese

l

La

conv

erge

nce

de m

oteu

rs ;

les

appo

rts

de l’

auto

mat

ique

et d

e l’

info

rmat

ique

6

I. Introduction

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

men

tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

s



Exe

mpl

eM

icro

mot

eur

(U. B

erck

ley)

Gig

a m

oteu

r (W

arts

ila)

1820

l et

778

0 hp

par

cylind

re

Dan

s la

ver

sion

14

cylind

res:

Cyl

indr

ée to

tale

:25

480

LT

otal

eng

ine

wei

ght:

2300

t (

Vileb

requ

in30

0 t)

Pui

ssan

ce M

ax.:

108

920

hp à

102

rpm

C

oupl

e M

ax.:

7 60

3 85

0N

m à

102

rpm

Ren

dem

ent:

+ d

e 50

%

Cyl

indr

ée:

0.06

4 m

m3

Rot

or:

1 m

mM

ax. R

PM

(es

t.):

40 0

00Pui

ssan

ce (

est.)

:26

mW

7

I. Introduction

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

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tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV

. Con

clus

ions

-Per

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tive

s

EXPERIM

ENTATIO

N ET M

ODELISATIO

NEXPERIM

ENTATIO

N ET M

ODELISATIO

N

•U

ne e

xpér

ienc

e de

qua

lité

•M

odél

isat

ion

coût

e ch

er

Mai

s à

touj

ours

rai

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(Val

idat

ion

des

résu

ltat

s ob

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s)

Exi

gean

te e

n te

mps

(Cap

ital

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ion

du s

avoi

r)

dive

rses

éch

elle

s:M

odél

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pro

cess

us é

lém

enta

ires

-de

fon

ctio

ns-

du s

ystè

me

mot

eur

D’o

u un

e ce

rtai

ne c

ompl

émen

tari

té

La

plac

e pr

ivil

égié

e de

la th

erm

odyn

amiq

ue d

ans

les

étud

es d

e sy

stèm

es(a

ppro

che

plur

idis

cipl

inai

re e

t int

égra

tric

e)

ET

MO

DE

LE

S D

E C

ON

NA

ISSA

NC

E G

LO

BA

LE

OU

DE

TE

ND

AN

CE

8

I. Introduction

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

men

tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

s

EXPERIM

ENTATIO

N M

ODELISATIO

EXPERIM

ENTATIO

N M

ODELISATIO

NN

Le

cycl

e ré

el

Dia

gram

me

de W

AT

T

Le

prem

ier

mod

èle

de c

ycle

The

rmos

tati

que

Dia

gram

me

de C

LA

PE

YR

ON

9

I. I

ntro

duct

ion

II.Rappels des outils thermodynam

iques

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

men

tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

s

RAPPELS DES OUTILS

RAPPELS DES OUTILS

THERMODYNAMIQ

UES

THERMODYNAMIQ

UES

10

I. I

ntro

duct

ion


iques

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

men

tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

s

1. NOTIO

N DE CYCLE

1. NOTIO

N DE CYCLE

Les

2 d

iagr

amm

es d

e ba

se

diag

ram

me

de C

LA

PE

YR

ON

diag

ram

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Ent

ropi

que

Acc

ès d

irec

t au

trav

ail m

écan

ique

Acc

ès d

irec

t au

tran

sfer

t de

chal

eur

dVP

W⋅

−=

δdS

TQ

⋅=

δ

11

I. I

ntro

duct

ion


iques

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

men

tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

s

Des Exemples utiles

Des Exemples utiles

1. NOTIO

N DE CYCLE

1. NOTIO

N DE CYCLE

OT

TO

DIE

SE

LM

IXT

E

BR

AY

TO

N (

Joul

e)E

RIC

SO

NST

IRL

ING

12

I. I

ntro

duct

ion


iques

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

men

tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

s

2. NOTIO

N DE BILAN : 1

2. NOTIO

N DE BILAN : 1

ererPRIN

CIPE (Con

servation)

PRIN

CIPE (Con

servation)

Con

serv

atio

n de

la m

atiè

reC

onse

rvat

ion

de l’

éner

gie

Mai

s co

nver

sion

et t

rans

fert

(ré

gim

e dy

nam

ique

sta

tion

nair

e)V

oire

st

ocka

ge o

u dé

stoc

kage

(ré

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e tr

ansi

toir

e)

Exemple:

Bilan

éne

rgét

ique

d’u

n vo

lum

e de

con

trôl

e d’

un s

ystè

me

ther

mom

écan

ique

dtdUQ

Wh

mh

ms

se

e=

++

⋅−

⋅&

&&

&

Rem

arque :

coup

lage

ent

re le

s tr

ansf

erts

, con

vers

ion

et s

tock

age-

dést

ocka

ge

de m

atiè

re e

t d’é

nerg

ie.

13

I. I

ntro

duct

ion


iques

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

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tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

s

3. NOTIO

N

3. NOTIO

N D

’EFFIC

ACITE

D’EFFIC

ACITE : 2: 2n

dndPRIN

CIPE (Évolution

)PRIN

CIPE (Évolution

)

��Irréversibilité des tran

sformations réelles

Irréversibilité des tran

sformations réelles

La

dyna

miq

ue s

tati

onna

ire

ou in

stat

ionn

aire

des

sys

tèm

es s

uppo

sede

s re

lati

on f

lux-

forc

e (T

herm

odyn

amiq

ue d

es P

héno

mèn

es I

rrév

ersi

bles

)

Ell

es r

ésul

tent

pou

r le

s m

achi

nes

ther

mom

écan

ique

de

:

-la

Méc

aniq

ue d

es f

luid

es :

Éco

ulem

ents

P, P

ress

ion

-la

The

rmoc

inét

ique

: tr

ansf

erts

de

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eur

T, t

empé

ratu

re

-la

The

rmoc

him

ie :

com

bust

ion

µ, p

oten

tiel

chi

miq

ue

()

P∆ ()

T∆ () µ∆

Ces

troi

s ph

énom

ènes

intr

odui

sent

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irré

vers

ibil

ités

fon

dam

enta

les

Rem

arque :

autr

es ir

réve

rsib

ilit

és ;

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frot

tem

ents

méc

aniq

ues

solide

s.

d’où

DEGRADATION D’ÉNERGIES

(ana

lyse

ent

ropi

que)

14

I. I

ntro

duct

ion


iques

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

men

tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

s

3. NOTIO

N

3. NOTIO

N D

’EFFIC

ACITE

D’EFFIC

ACITE : 2: 2n

dndPRIN

CIPE (Évolution

)PRIN

CIPE (Évolution

)

��Efficacité d’une machine Therm

omécanique

Efficacité d’une machine Therm

omécanique

--au sens du premier principe

au sens du premier principe

--au sens du second principe (facteur de

au sens du second principe (facteur de q

ualité

qu

alité))

..

.. E

D

UE

eEnergétiqu

Dépense

Utile

Effet

I=

=η

qmW

réel

I⋅

=&&

réél

.η

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; q ,

chal

eur

mas

siqu

e de

la r

éact

ion

du c

ombu

stib

le

1li

mit

e.

réel

.≤

=II

Iηη

η

15

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III. Problèmes actuels

IV. O

util

s en

dév

elop

pem

ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

LES PROBLEMES

LES PROBLEMES

ACTUELS

ACTUELS

16

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues


IV. O

util

s en

dév

elop

pem

ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

1. EVOLUTIO

N DES TECHNOLOGIES

1. EVOLUTIO

N DES TECHNOLOGIES

OB

JEC

TIF

S :

EC

ON

OM

IE –

EC

OL

OG

IES

-su

rali

men

tati

on d

es m

oteu

rs d

iese

l(a

dapt

atio

n du

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eur

et d

u tu

rboc

ompr

esse

ur; r

égul

atio

n po

mpa

ge)

récu

péra

tion

d’é

nerg

ies

à l’

écha

ppem

ent:

am

élio

ration

ren

dem

ent (

Cs)

,

coup

le p

uiss

ance

et p

ollu

tion

-m

achi

nes

Hyb

ride

sm

oteu

rs é

lect

riqu

e et

ther

miq

ue (

alte

rno-

dem

arre

ur,

Pri

us(e

ssen

ce),

PSA

307

+ C

4 (H

DI)

)

-m

oteu

rs H

CC

I ; (

allu

mag

e m

ulti

poin

t en

gaz

)

-m

oteu

r à

taux

de

com

pres

sion

var

iabl

e (r

eche

rche

CN

AM

-U

.Pit

esti

)

-co

mm

ande

s él

ectr

ique

et n

on m

écan

ique

(m

oteu

r ca

mle

ss)

-as

sist

ance

info

rmat

ique

(ca

rtog

raph

ie; c

alcu

late

ur)

17

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues


IV. O

util

s en

dév

elop

pem

ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

HC

CO

NO

x

Par

ticu

les

Euro

Euro 0 (1988)

0 (1988)

Euro

Euro I (1993)

I (1993)Euro

Euro II (1997)

II (1997)

Euro

Euro III (2001)

III (2001) Euro

Euro IV (2006)

IV (2006)

Euro

Euro V (2009)

V (2009)

Pou

r le

s N

Ox

et le

s pa

rtic

ules

:�

Com

bust

ion

hom

ogèn

e N

AD

I (N

arro

wA

ngle

Dir

ect I

njec

tion

) : I

.F.P

�Pot

cat

alyt

ique

: po

st-t

rait

emen

t (su

r st

ruct

ure

nid

d’ab

eill

e) t

rait

e le

s N

Ox

et C

O (

PSA

200

0)

EC

OL

OG

IE (

mot

eurs

pro

pres

)

1. EVOLUTIO

N DES TECHNOLOGIES

1. EVOLUTIO

N DES TECHNOLOGIES

18

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues


IV. O

util

s en

dév

elop

pem

ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

Mai

s co

ntre

part

ie n

éces

site

rég

énér

atio

n

diss

ipat

ions

par

per

tes

de p

ress

ion

supp

lém

enta

ire

Loi

d’A

rhen

ius

:

βα

τsuie

Om

PT

R

aE

k⋅

⋅

⋅⋅⋅

=2

exp

,τ ,,β

αta

ux d

e ré

action

en

%or

dres

de

réac

tion

res

pect

ifs

par

rapp

ort à

O2 et

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VE

RS L

E M

OT

EU

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ER

O E

MIS

SIO

N

-un

e ga

geur

e da

ns le

dom

aine

des

tran

spor

ts-

une

pers

pect

ive

pour

les

inst

alla

tion

s st

atiq

ues:

les

cycl

es à

zér

o ém

issi

on:

cycl

e de

MA

TIA

NT

E. I

AN

TO

VSK

Y (

brev

et)

Cap

ture

du

CO

2

Ph.

MA

TH

IEU

-ex

trac

tion

du

carb

one

des

fum

ées

-ex

trac

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du

carb

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du c

ombu

stib

le-

com

bust

ion

à l’

oxyg

ène

(T.A

.C.)

1. EVOLUTIO

N DES TECHNOLOGIES

1. EVOLUTIO

N DES TECHNOLOGIES

19

ST

IRL

ING

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues


IV. O

util

s en

dév

elop

pem

ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

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tive

s

M.C

.E. M

oteu

rs à

Com

bust

ion

Ext

erne

-dé

pollut

ion

plus

ais

ée-

com

bust

ible

s pl

us v

arié

s

MO

TE

UR

DE

ER

ICSO

N (

P.S

TO

UFFS)

Mot

eur

à récupération

ther

miq

ue

MO

TE

UR

DE

ST

IRL

ING

(L

EM

TA

-GE

SPE

; Ph.

NIK

A e

t al.)

Mot

eur

à régénération

ther

miq

ue

1. EVOLUTIO

N DES TECHNOLOGIES

1. EVOLUTIO

N DES TECHNOLOGIES

ER

ICSO

N

20

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues


IV. O

util

s en

dév

elop

pem

ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

2. NOUVEAUX CARBURANTS

2. NOUVEAUX CARBURANTS

-C

arbu

rant

s ad

diti

vés

: ess

ence

et m

étha

nol

-B

io-e

ster

s

-B

ioga

z(r

appe

l GN

L ;

GPL

)

-A

quaz

ole

(com

bust

ion

hum

ide

; mai

s st

ocka

ge)

remarque:

cycl

e H

.A.T

. pou

r le

s T

.A.C

.

-C

ombu

stib

le H

2

-C

arbu

rant

s à

poud

re m

étal

liqu

e (à

bas

e d’

Al.)

Ref

. rap

port

pro

jet E

.M.N

ancy

«Utili

sati

on d

e la

bio

mas

se d

ans

les

mot

eurs

» X

.Alr

ic, J

. Hue

t, R

. Sch

ulle

r 20

05

21

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues


IV. O

util

s en

dév

elop

pem

ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

2. AUTRES PROBLEMES GENERAUX

2. AUTRES PROBLEMES GENERAUX

-M

atér

iaux

(ré

sist

ance

ther

mom

écan

ique

):

surt

out e

n tu

rbin

es

-A

diab

atis

atio

n de

s m

oteu

rs:

une

ques

tion

en

susp

end…

22

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues


IV. O

util

s en

dév

elop

pem

ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

3. L’ INST

ATIO

NNARITE DANS LES MOTEURS

3. L’ INST

ATIO

NNARITE DANS LES MOTEURS

Un

phén

omèn

e gé

néri

que

récu

rren

t pou

r le

s m

oteu

rs a

lter

nati

fs ;

plus

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helles

de

tem

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�D

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ansi

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(rég

imes

gli

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ts)

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x in

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LL

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u dé

mar

rage

(co

nfor

t the

rmiq

ue e

t dég

ivra

ge)

thès

e F. P

irot

ais

(Fev

. 200

4)

E.M

.Nan

tes

Con

tribution àla modélisation du flux th

ermique dispo

nible pour le

chau

ffage d’un habitacle après un démarrage à

froid

�C

onso

mm

atio

n à

froi

d d’

un m

oteu

r

thès

e M

. Bar

tole

tti(

Janv

. 200

5)U

.V.H

.C. V

alen

cien

nes

Amélioration

de la con

sommation àfroid d’un véhicule par

optimisation des flux énergétiques

�D

es tr

ansi

toir

es c

ourt

s (c

ycliqu

e)

Pro

blèm

es tr

ès f

onda

men

tal

�U

ne r

éfér

ence

G. D

ESC

OM

BE

S e

t al.

App

l. T

herm

.eng

. (23

) 20

03, 2

061-

2078

Stud

y of th

e interaction between mechanical energy and heat exchanges app

lied to

IC

engines

(voi

r po

int s

uiva

nt I

V)

23

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV. O

utils en développem

ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

LES OUTILS

LES OUTILS

EN

EN

DEVELOPPMENT

DEVELOPPMENT

24

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV. O


ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

1. LES COUPLAGES THERMOMECANIQ

UES :


UES :

MODELES THERMODYNAMIQ

UES

MODELES THERMODYNAMIQ

UES

�C

ycle

s fe

rmés

ou

équi

vale

nt d

e sy

stèm

es o

uver

t

Rem

arque :

-hy

poth

èse

cour

ante

(ré

gim

e dy

nam

ique

sta

tion

nair

e)

-co

mpl

émen

t du

bila

n de

mat

ière

�R

ende

men

t de

cycl

e

+⋅

+⋅

−

+

⋅+

⋅=

22

22

ss

ss

se

ee

ee

Vv

Pu

mV

vP

um

dtdE&

&

∑∑

++

⋅−

⋅=

kkk

kk

ee

ss

TqS

sm

sm

dtdS&

&&

& i

kTla

tem

péra

ture

ent

ropi

que

asso

ciée

à l’

élém

ent k

−⋅−

−⋅

−

=∑

TTq

sT

TTk

k

I

0

i0

0

1

11

&

ηQ

uest

ion:

Quelles températures ?

T, l

a te

mpé

ratu

re e

ntro

piqu

e du

flu

ide

acti

f da

ns la

cha

mbr

e de

com

bust

ion

(sou

rce

ther

miq

ue)

0T, l

a te

mpé

ratu

re m

oyen

ne d

’éch

ange

ave

c le

s pu

its

ther

miq

ues

25

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV. O


ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

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tive

s

�L

es p

erte

s pa

r di

ssip

atio

n d’

éner

gie

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cart

s de

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péra

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str

ansf

ert d

e ch

aleu

r (a

diab

atis

atio

n)

fP∆

: per

tes

de p

ress

ion

(0.5

atm

à l’

adm

issi

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tran

sfer

t de

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(re

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issa

ge-é

vacu

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� �� R

endem

ent de

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erts

: m

Ren

dem

ent de

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: m

ééca

niq

ue

des

flu

ides

caniq

ue

des

flu

ides

FP: p

ress

ion

de f

rott

emen

t méc

aniq

ue; e

n fa

itsP∆

∆

=.

cylmF

mF

VWP

� �� R

endem

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Ren

dem

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ééca

niq

ue

: fr

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em

ents

des

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caniq

ue

: fr

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ents

des

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Com

bust

ion

: im

brûl

és; d

isso

ciat

ion

� �� R

endem

ent de

conve

rsio

n

Ren

dem

ent de

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rsio

n t

her

mo

ther

mo-- c

him

ique

chim

ique

Éta

nché

ité

: by

pass

age-

fuit

e

Bal

ayag

e : m

élan

geag

e …

En résumé:

2 ty

pes

de r

ende

men

ts ;

tran

sfer

ts e

t con

vers

ion

de n

ombr

euse

s ir

réve

rsib

ilit

és: a

naly

se e

ntro

piqu

ede

s co

upla

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anta

goni

stes

(op

tim

isat

ion

com

prom

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et a

ussi

des

con

trai

ntes

deux

dém

arch

es p

ossi

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:

�G

lobalisa

tion

des

dis

sipation

s d’é

ner

gie

�A

naly

se e

ntr

opiq

ue


UES :


UES :

26

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

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ctue

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V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

�T

radu

ctio

n de

s co

upla

ges

dans

l’ap

proc

he T

herm

odyn

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ue


UES :


UES :

éner

gie

fini

e :

ther

moc

him

ie (

com

bust

ible

)

dim

ensi

ons

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es :

géom

étri

e du

mot

eur

tem

péra

ture

fin

ie :

mat

éria

u

tem

ps f

ini :

du

rée

de c

ycle

27

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

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lsIV. O


ent

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uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

�un

exe

mpl

e si

mpl

e : l

e m

oteu

r m

ono-

ther

me

éner

gie

ciné

tiqu

e né

glig

ée

Sur

un

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e(

)f

si

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→ ;

()

le)

(méc

anis

ab

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isab

le

énér

gie

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reve

rssi

blat

ion

(tra

nsfo

rm

ingé

nieu

r)n

(con

vent

io

0

0

fi

uf

i

fi

ST

HW

TqS

Hq

W

−−

−

⋅−

∆=

∆

∆=

∆

∆=

∆+

∆ Thé

orèm

e de

GO

UY

-ST

OT

OL

A

0

0

fi

fi

ru

ST

ST

qW

−

−

∆⋅

∆⋅−

∆=

∆

, per

te d

’éne

rgie

uti

lisa

ble

dans

la c

ombu

stio

n

Exemple: C

ombu

stio

n is

obar

e(

)0T

TC

qad

pr

−⋅

=∆

, ;

adp

Tcste

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péra

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adi

abat

ique

de

com

bust

ion

(car

acté

rist

ique

du

com

bust

ible

)

∫

=

=−

=∆

−adT T

adp

if

fi

TT

TdTC

SS

S0

0

ln


UES :


UES :

28

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV. O


ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

Per

te r

elat

ive

d’én

ergi

e ut

ilis

able

:(

)00

00

ln

TT

TTT

q

SS

T

ad

ad

r

if

−

⋅=

∆−

⋅

(réc

upér

ateu

r th

erm

ique

) 0.

22

rela

tive

pe

rte

,21

00

;

60

0.36

re

lative

pe

rte

,18

00

;

300

00

KT

KT

KT

KT

ad

ad

==

==

ST

WW

ru

∆⋅=

∆−

∆0

S∆, a

ssoc

ié a

ux ir

réve

rsib

ilit

és

f

Ff

TWS

∆=

∆, i

rrév

ersi

bili

tés

de f

rott

emen

t méc

aniq

ue

00

TqS

f∆

=∆

Rem

arque:

()

ff

ff

f

ff

qTT

ST

q

ST

T∆⋅

−

∆⋅=

∆

∆⋅−

00

1

e

recu

pera

bl ir

réve

rsib

ilit

é th

erm

ique

−

⋅∆

=∆

−∆

=∆

ff

thth

TT

qS

SS

11 0

0

D’o

ù

Ren

dem

ent a

u se

ns d

u pr

emie

r pr

inci

perr

IqW ∆∆

=η

Ren

dem

ent a

u se

ns d

u se

cond

pri

ncip

eur

IIWW ∆∆

=η


UES :


UES :

29

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV. O


ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

�le

s co

urbe

s ca

ract

éris

tiqu

e d’

un m

oteu

r (n

orm

es; S

AE

, DIN

, AFN

OR

)

2. LES CRITERES D’O

PTIM

ISATIO

N2. LES CRITERES D’O

PTIM

ISATIO

N

W& spC C

CN

spC

NW

N&

()

min

/tr

N

Rég

lage

loi d

e le

vée

de s

oupa

pes

Rem

arque :

WC

NN

Nsp

& ,

, C

-as

sez

proc

hes

-PCI

Cste

CI

sp=

⋅η

CO

NC

LU

SIO

N :

crit

ères

à f

acet

tes

mul

tipl

es …

et c

ontr

aint

es (

envi

ronn

emen

t)

30

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV. O


ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

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tive

s

�un

e co

urbe

uni

vers

elle

?

Ph.

Arq

uès,

cha

p. I

II m

esur

es e

t ess

ai c

arac

téri

stiq

ues,

Fig

. III

.17

p114


PTIM

ISATIO


PTIM

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N

A m

axim

um d

e re

ndem

ent

B m

axim

um d

e pu

issa

nce

Mai

s le

com

prom

is c

onso

mm

atio

n-po

llut

ion

n’ap

para

ît p

as

31

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV. O


ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

�ex

tens

ion

des

crit

ères

: qu

elqu

es p

ropo

siti

ons


PTIM

ISATIO


PTIM

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N

�l’

effi

caci

té li

mit

e d’

un m

oteu

r au

sen

s du

sec

ond

prin

cipe

(fa

cteu

r de

qua

lité

)

�l’

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caci

té d

’un

mot

eur

en p

rése

nce

de c

ontr

aint

es d

iffè

re f

onda

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tale

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t : q

uelq

ues

cont

rain

tes

(com

bust

ible

s; d

imen

sion

s; p

uiss

ance

; éco

nom

ie; i

nves

tiss

emen

t; f

onct

ionn

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t gl

obal

; éco

logi

e)

Que

lque

s ex

empl

es c

i-ap

rès

(V)

�le

ren

dem

ent l

imit

e d’

un m

oteu

r th

erm

ique

(au

sen

s du

pre

mie

r pr

inci

pe)

Dan

s le

cas

du

mot

eur

à co

mbu

stio

n in

tern

e ou

ext

erne

mai

s m

oteu

r à

puis

sanc

e nu

lle

adI

TT 0lim

1−

=η

lim

cycl

e

cycl

e

IIII

ηηη

=

Rem

arque : -

vaut

pou

r le

s m

oteu

rs à

flu

x

-co

nséq

uenc

e : à

la r

éver

sibi

lité

, il y

a é

quiv

alen

ce a

u se

ns d

u se

cond

pri

ncip

e en

tre

les

mot

eurs

de

CA

RN

OT

, ST

IRL

ING

, ER

ICSO

N e

t les

pil

es à

com

bust

ible

s (i

mpo

rtan

ce d

es ir

réve

rsib

ilit

és)

32

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

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ctue

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V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

�E

xem

ple

: ren

dem

ent d

’un

mot

eur

non

adia

batiqu

e


PTIM

ISATIO


PTIM

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N

()

()

[]

iad

fi

ad

p

p

iadf

I

fi

adp

fi

adp

TT

Tp

TT

T

Cm

K

TT

TT

Tp

TT

TK

TT

TT

Cm

W

−

−−

+⋅

⋅−

−−−

=

−−

+⋅

−−

−−

⋅⋅

=

42

1

42

0

0

&

&& η

décr

oiss

ant d

e :

croi

ssan

t de

:

mon

oton

ede

:

mon

oton

ede

:

fT

pT adT iT

33

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV. O


ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

cont

rain

te

F.O

. sa

ns

0

. w

0

. q

0η<

Cη K

T =

K0

0

..

ss T

=

autr

es…

(coû

ts)

. w

MA

X

M

AX

M

AX

M

AX

M

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cq.

m

in

min

min

m

in

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η

MA

X

MA

X

MA

X

M

AX

M

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Ts.

m

in

min

m

in

min

m

in

KT

min

m

in

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m

in

m

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autr

es

(coû

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�Q

uelq

ues

exem

ples

de

fonc

tion

s ob

ject

ifs

et d

e co

ntra

inte

spo

ur u

n m

oteu

r de

CA

RN

OT


PTIM

ISATIO


PTIM

ISATIO

N

34

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV. O


ent

V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

�Q

uelq

ues

exem

ples

de

fonc

tion

s ob

ject

ifs

et d

e co

ntra

inte

s


PTIM

ISATIO


PTIM

ISATIO

N

F.O. à

optimum de

Iη (a)

w + w' = w

0

()(

)(

)(

)

() [

]22

00

00

1;

12(

2

42

()

2

iSC

SFi

SCSF

SCSF

SCSF

iSC

SF

st

ts

tt

tt

w

tt

ws

tt

w

α+

−−

∆=

∆=

+−

−+

−−

+−

++

k C*

=

)1(

2*

;1

20

0α

αi

TF

iT

sk

ks

k+

=

−

q C (

0α

) =

(

)0

000

/;

1.

21α

ηαα

CI

iSC

qw

st

=+−

rem

arqu

e :

∆ in

trod

uit u

ne c

ontr

aint

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égal

ité

sur s i

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C0

()(

)

SCiC

SFSC

iC

CSF

SCi

SC

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IC

SC

CSC

i

tsq

tt

sq

qt

ts

t

tt

qt

qt

s

−−

−−

+−

−=

−+=

1

41

1

41 .

*;

22

0

0

20

0

00

ηα

rem

arqu

e : s

T =

SCCi

SCCi

tqs

tqs

02

0

41

4 −−

+ ;

mon

oton

e de

si, q t

0

F.O. à

optimum de ( w

+ w

') (b)

q C =

qC0

(w +

w')*

=

()(

)(

)0

20

0

41

41

Ci

SC

CSF

SCi

SFSC

iC

qs

t

qt

ts

tt

sq

−−

−−

−−

rem

arqu

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solu

tion

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ci-

dess

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0ηη

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)(

)(

)(

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0

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1

2

22

1

ηη

ηη

ηη

ηη

αC

i

Ci

C

Ci

s

ss

+−

−≈

−−

∆−

−+

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)(

)(

)0

24

12

02

02

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−−

−+

=∆

ηη

ηη

Ci

Ci

ss

()

()

()

()

00

00

000

12

12 .

21

2*)'

(η

ηη

ηη

ηη

ααη

−+

−−

−−

≈+−

=+

iC

Ci

Ci

SCi

SC

s

ss

ts

tw

w

F.O. à

optimum de

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0ηη

=I

()(

)(

)(

)(

)22

02

0

00

02

41

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2(2

1η

ηη

ηη

ηη

ηα

−−

−−

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∆−

−∆

−−

+=

Ci

Ci

C

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ss

s

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nt

()

()

()

00

00

34

)3

4(.

2*

ηη

ηη

ηη

ηη

−+

∆−

−−

−−

−∆

−−

=C

iC

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CSC

Cs

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q

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= w

0

()(

)

()

()

()

()

00

22

00

1;

2(2

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14

2

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SF

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iSC

SFSC

SFSC

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st

t

tt

w

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tt

tw

tt

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∆=

+−

−+

−+

+

121

*00

+−=

ααi

SiC

st

q

F.O. à

optimum de

s T (d)

0ηη

=I

()(

)0

)1(

4)1

(;

)1(21

12

20

≥+

−−

=∆

+∆

−+

−=

as

aa

sa

ii

α

a =

1

110

>−−

Cηη

w+ w' =

w0

Mêm

e so

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on q

ue ta

blea

u 4

(a)

Rem

arqu

e : s

i qC =

qC0

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r ta

blea

u 4

(a)

suit

e)

35

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

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V. Q

uelq

ues

appl

icat

ions

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

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étro

logi

e

3. LES APPORTS DE LA M

ETROLOGIE ET DES EXPERIENCES

3. LES APPORTS DE LA M

ETROLOGIE ET DES EXPERIENCES

-m

esur

es e

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ue:

P. L

AL

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herm

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SFT

200

4 p

709-

714

-ch

imie

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cenc

e : O

H, C

HO

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xpér

ienc

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ique

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moc

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ique

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u m

odèl

es:

H. C

HA

NG

“An ap

plied Therm

odynam

ic metho

d for correlation of TDC in

the indicator

diag

ram and its experimental con

firm

ation”

soum

isà

App

l. T

herm

. Eng

.

36

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

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s th

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ues

III.

Pro

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V. C

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n T

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oxs)

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géné

ral ;

out

ils

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4. L’O

PTIM

ISATIO

N (Con

trôle comman

de des moteurs)

4. L’O

PTIM

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N (Con

trôle comman

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. CH

EN

et a

l. E

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y co

nv.M

gmtv

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9, p

149

-156

, 199

8

"Optimal expan

sion

of a

heated working

fluid with phenom

enolog

ical heat transfer"

-J.

M. B

arzl

er e

t al.

Cha

p.7

The

rmod

ynam

ic o

f E

nerg

y co

nv. a

ndtr

ansp

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"Optimal piston pathsfor Diesel engine"

Spr

inge

r 20

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. Fei

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odyn

amiq

ue T

EC

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"Principe du maximum

"

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E

37

I. I

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II.R

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ues

III.

Pro

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V. Q

uelq

ues

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V. C

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Per

spec

tive

s

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des

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ues

-S. L

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et a

l. C

ongr

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FT

200

4

"Mod

élisation des échanges th

ermiques dans les moteurs à

combu

stion interne"

-C

. D. R

akop

oulo

set

al.

App

l. T

herm

. Eng

. vol

24,

p 6

79-7

02, 2

004

"Experimental a

nd th

eoretical study of the short term

response temperature tran

sientsin th

e

cylind

er walls of a

diesel eng

ine at various operating

condition

s"

Spr

inge

r 20

00

En

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nce

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ipe

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équi

pe C

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.M (

G. D

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S)

5. COMPORTEMENT TRANSITOIRE DES MOTEURS

5. COMPORTEMENT TRANSITOIRE DES MOTEURS

38

I. I

ntro

duct

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II.R

appe

ls d

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s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

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ils

en d

ével

oppe

men

tV. Q

uelques applications

V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

QUELQUES

QUELQUES

APPLICATIO

NS

APPLICATIO

NS

39

I. I

ntro

duct

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II.R

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s th

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amiq

ues

III.

Pro

blèm

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. Out

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en d

ével

oppe

men

tV. Q


V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

1. THERMODYNAMIQ

UE DES CYCLES, DES MOTEURS MCI, REVISITE

1. THERMODYNAMIQ


-M

odèl

es d

e te

ndan

ces

(dif

fére

nts

mod

èles

de

conn

aiss

ance

s)

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che

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te:

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mat

éria

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TM

AX)

-R

éduc

tion

du

mod

èle

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men

t nat

urel

40

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

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s th

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odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

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oppe

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tV. Q


V. C

oncl

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ns -

Per

spec

tive

s

1. THERMODYNAMIQ


1. THERMODYNAMIQ


�R

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men

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que

(the

rmos

tati

que)

11

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que

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∆⋅

−⋅

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CC

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com

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: M

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dt, T

EC

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41

()

()

()

cycl

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2

1

0

23

23

41

23

14

23

m

TT

Tk

TT

Cq

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TT

TT

TT

CT

TC

W

pp

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I. I

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Per

spec

tive

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1. THERMODYNAMIQ


1. THERMODYNAMIQ


�C

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�C

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Tk

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11

11

1p

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T

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T

TT

KK

TT

CW

MAX

MR

MR

MR

MR

MAX

MR

MR

v

112

av

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11

1

1

2

1

η

Rem

arque :

pour

un

mot

eur

adia

bati

que

irré

vers

ible

à T

MA

Xim

posé

42

I. I

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duct

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II.R

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V. C

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tive

s

1. THERMODYNAMIQ


1. THERMODYNAMIQ


�L

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odèl

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le M

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l)

43

I. I

ntro

duct

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II.R

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ues

III.

Pro

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oppe

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. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

sV. Q


1. THERMODYNAMIQ


1. THERMODYNAMIQ


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ues

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ltat

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f: A

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RA

BE

T e

t al.

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ets

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ase

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stio

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2

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−+

−=

pv

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,,

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)(

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44

I. I

ntro

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II.R

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ues

III.

Pro

blèm

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ctue

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. Out

ils

en d

ével

oppe

men

tV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

sV. Q


1. THERMODYNAMIQ


1. THERMODYNAMIQ


�Q

uelq

ues

résu

ltat

sre

f: A

. ME

RA

BE

T e

t al.

Eff

ets

des

tran

sfer

ts à

la p

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(ph

ase

de c

ombu

stio

n); e

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sion

au

frot

tem

ents

45

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

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amiq

ues

III.

Pro

blèm

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. Out

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oppe

men

tV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

sV. Q


1. THERMODYNAMIQ


1. THERMODYNAMIQ


Tw

Inle

t E

xhau

st

X

h g

Sgw

(θ)

Pg,

Tg,

mg,

Vg

B

St

L

θ

Coefficient d’échange(Hohenberg1979)

Position du piston

Pertes par frottement et pom

page

(Heywood)

�Q

uelq

ues

résu

ltat

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f: D

. DE

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X e

t al.

Eff

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tran

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com

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Masse d’air

()

atm

PP

⋅−

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1in

t

()

atm

exh

PP

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1

()

atm

gg

Tr

VP

m⋅⋅

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bustion(W

iebe)

()

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θd

dHLV

md

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⋅⋅

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−−

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908

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1

0

b

dθθθ

θχ

24.0

44.1pis

pis

MF

vBv

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⋅+

⋅+⋅

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()

()

()

()

()

ωθ

θθ

θθ

gw

gwg

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TS

h

d

dQ−

⋅⋅

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()

()

()

()

()

06.04.0

8.08.0

5

)(

4.110

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θg

g

pis

gho

hg

VT

vP

kh

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⋅⋅

⋅=

−

()

()

()

⋅

−⋅

−−

+⋅

⋅⋅

+=

θθ

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cos

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11

42

22

bmbm

bmclear

gr

rr

LB

VV

46

I. I

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duct

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II.R

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men

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. Con

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-Per

spec

tive

sV. Q


1. THERMODYNAMIQ


1. THERMODYNAMIQ


�Q

uelq

ues

résu

ltat

sre

f: D

. DE

SC

IEU

X e

t al.

47

I. I

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Pro

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men

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. Con

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-Per

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1. THERMODYNAMIQ


1. THERMODYNAMIQ


�Q

uelq

ues

résu

ltat

sre

f: D

. DE

SC

IEU

X e

t al.

LV

cyl

5.0=

1=

SBR

16=

εK

T w48

0=

7.0=

φ°

−=

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48

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

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III.

Pro

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. Out

ils

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oppe

men

tV

. Con

clus

ions

-Per

spec

tive

sV. Q


1. THERMODYNAMIQ


1. THERMODYNAMIQ


�Q

uelq

ues

résu

ltat

sre

f: D

. DE

SC

IEU

X e

t al.

LV

cyl

5.0=

1=

SBR

16=

εK

T w48

0=

7.0=

φ°

−=

50θ

49

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

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util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

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en d

ével

oppe

men

tV. Q


V. C

oncl

usio

ns -

Per

spec

tive

s

2. D’AUTRES MOTEURS

2. D’AUTRES MOTEURS

�M

oteu

rs à

flux

con

tinu

:cy

cle

de J

oule

–B

rayt

on

�M

oteu

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com

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ion

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ST

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oste

aet

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régé

néra

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ER

ICSO

N(P

.Sto

uffs

et a

l)ré

cupé

ration

�M

oteu

rs à

récu

péra

tion

:A

TK

INSO

N

50

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

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tV

. Que

lque

s ap

plic

atio

nsV. Conclusions -Perspectives

�D

e N

ouve

lles

exp

ress

ions

ou

résu

ltat

s po

ur le

s re

ndem

ents

lim

ites

au

sens

du

1er

prin

cipe

des

pri

ncip

aux

cyc

les

de M

CI

(OT

TO

, DIE

SE

L, M

IXT

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�A

nalo

gie

et d

iffé

renc

e de

cel

les-

ci a

vec

le N

ice-

Rad

ical

de

C.N

.C.A

.

CONCLUSIONS

CONCLUSIONS

51

I. I

ntro

duct

ion

II.R

appe

ls d

es o

util

s th

erm

odyn

amiq

ues

III.

Pro

blèm

es a

ctue

lsIV

. Out

ils

en d

ével

oppe

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tV

. Que

lque

s ap

plic

atio


Pro

long

emen

ts s

ystè

mes

dan

s le

dom

aine

des

tran

spor

ts:

Cou

plag

e de

mot

eurs

(sy

stèm

es h

ybri

des)

dan

s le

s tr

ansp

orts

:

TA

C e

t mot

eur

TA

V e

t mot

eur

( BM

W)

PA

Co

et m

oteu

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MERCI

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POUR VOTRE ATTENTIO

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